[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Kabelbacteriën: levende stroomkabels met ongekende geleidbaarheid

  • From: Jerwin de Graaf <J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
  • To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Wed, 11 Sep 2019 09:08:33 +0000

Kabelbacteriën: levende stroomkabels met ongekende geleidbaarheid
Wetenschappers van UAntwerpen, UHasselt en TU Delft ontdekken elektrische 
geleiding in bacteriën

[cid:image002.jpg@01D56891.3FA5BA30]Bacteriën die leven op elektriciteit en in 
staat zijn om stroom over lange afstanden door sterk geleidende kabels te 
sturen, net zoals hoe wij onze tv en koelkast van stroom voorzien... Het lijkt 
misschien moeilijk te geloven, maar dat is precies wat een team wetenschappers 
van de Universiteit Antwerpen (BE), de Technische Universiteit Delft (NL) en de 
Universiteit Hasselt (BE) recent heeft ontdekt. Bacteriën van wel een 
centimeter lang die leven op de zeebodem bevatten een geleidend vezelnetwerk 
dat te vergelijken is met de koperen kabels die wij gebruiken om elektriciteit 
te transporteren. De sterk geleidende vezels leiden mogelijk tot revolutionaire 
nieuwe materialen en technologieën.

Elektrische bacteriën
De ontdekking van elektriciteit wordt beschouwd als een van de grootste 
wetenschappelijke prestaties van de mensheid, en beleefde een ware doorbraak in 
1879, toen Thomas Edison de eerste duurzame elektrische gloeilamp vervaardigde. 
Onze moderne samenleving is ondenkbaar zonder elektriciteit, die via een 
uitgebreid netwerk van hoogspanningsleidingen en koperen bedrading tot in onze 
kantoren, keukens en huiskamers wordt geleid. Uit een nieuwe studie blijkt nu 
dat bacteriën op de zeebodem gelijkaardige elektrische netwerken aanleggen.

Kabelbacteriën zijn micro-organismen die bestaan uit duizenden cellen op een 
rij, samen ruim een centimeter lang. "Deze meercellige bacteriën werden pas 
enkele jaren geleden ontdekt, en we wisten al dat ze iets bijzonders deden", 
verklaart de leider van het onderzoeksteam, prof. Filip Meysman (UAntwerpen). 
"Onderzoek toont aan dat er elektrische stromen door de zeebodem lopen, en alle 
gegevens wijzen erop dat kabelbacteriën deze stromen opwekken en geleiden. Hun 
'elektrisch metabolisme' geeft hun een groot voordeel, aangezien ze in staat 
zijn om energie te halen uit diepere lagen van de zeebodem." Een zeer 
fascinerend idee, dat wel, maar tot nu toe was er geen rechtstreeks bewijs dat 
kabelbacteriën wel degelijk geleidend zijn.

De nieuwe studie van het multidisciplinaire team van biologen, chemici en 
fysici heeft dit raadsel nu opgelost. De wetenschappers ontwikkelden een 
procedure om één enkele 'bacteriedraad' uit een zeebodemstaal te isoleren en 
bevestigden dit microscopische filament (50 keer dunner dan een mensenhaar) aan 
een zelfgemaakte opstelling met minuscule elektroden. "Het heeft ons veel 
moeite gekost om de bacteriedraad aan te sluiten", meldt prof. Herre van der 
Zant, een natuurkundige van de TU Delft. "Maar uiteindelijk lukte het, en de 
resultaten waren verbluffend. We stelden vast dat er een sterke stroom door 
deze dunne kabelbacterie liep."

Bacteriële stroomkabels
Het behandelingsproces van de bacteriën werd vervolgens verder verfijnd, tot er 
op een gegeven moment stroom meetbaar was in een filament van meer dan 1 cm 
lang. "Dit betekent dat de afstand waarover biologisch elektronentransport 
plaats grijpt, veel groter is dan tot nu toe werd aangenomen. Tot nu toe was 
het record ongeveer 1 micrometer (een tienduizendste van een centimeter). 
Kabelbacteriën hebben een mechanisme gevonden om ladingen efficiënt te 
transporteren over afstanden van centimeters", zegt prof. Jean Manca 
(UHasselt). Deze vaststelling riep meteen een nieuwe vraag op: wat zijn dan de 
geleidende structuren in de bacteriën die zulke sterke elektrische stromen 
mogelijk maken? Via geavanceerde microscopie zag men dat er in de celwand een 
parallel netwerk van vezels loopt, over de hele lengte van de bacterie. "We 
hebben een soort chemische carwash uitgevonden waarmee stapsgewijs celmateriaal 
wordt verwijderd, tot uiteindelijk alleen nog de vezelstructuur achterblijft", 
legt teamleider Meysman uit.
[cid:image006.jpg@01D56891.3FA5BA30]
"Toen we die vezelstructuur op onze elektrodeopstelling plaatsten, zagen we 
opnieuw sterke stromen, wat aantoont dat het vezelnetwerk in de celwand wel 
degelijk de geleidende structuur is", bevestigt prof. De Wael (UAntwerpen), die 
verantwoordelijk was voor de elektrochemische analyses binnen het project. Maar 
dat was niet de enige verrassing. De elektrische metingen toonden aan dat de 
vezels een extreem hoge elektrische stroom aankunnen, die goed te vergelijken 
is met de stroomdichtheid in de koperdraden van onze huishoudtoestellen. Nog 
spannender is dat de geleidbaarheid van de vezels ongewoon hoog is, met waarden 
van meer dan 20 S cm-1. waarmee ze niet moeten onderdoen voor de laatste nieuwe 
geleidende polymeren die in flexibele zonnepanelen of vouwbare telefoons worden 
gebruikt. "We stonden er echt van te kijken toen deze hoge waarden voor het 
eerst op het scherm van onze meetapparatuur verschenen", zegt Meysman. 
"Biologische evolutie heeft op de een of andere manier een structuur met 
buitengewone elektrische eigenschappen doen ontstaan."

Bacteriële smartphones
De ontdekking van de sterk geleidende vezels in kabelbacteriën is des te 
opmerkelijker omdat alle bekende biologische materialen (zoals eiwitten, 
koolhydraten, lipiden of nucleïnezuren) zeer slecht geleidend zijn. Deze 
geleidende vezels openen dan ook de deur naar tal van mogelijkheden voor nieuwe 
materialen en technologieën. Zo zouden biologische materialen met 
uitzonderlijke elektrische eigenschappen de materiaalwetenschap en de 
elektronica ver voorbij hun huidige grenzen kunnen duwen. "Het gebruik van 
biomaterialen in de elektronica is een actief onderzoeksgebied, bijvoorbeeld om 
biologisch afbreekbare componenten te ontwikkelen en zo het elektronische 
afvalprobleem (het zogenaamde "e-waste") aan te pakken. Een andere mogelijk 
toepassing is in de gezondheidszorg, waar implanteerbare diagnostische en 
therapeutische apparaten gedurende een bepaalde periode hun werk zouden kunnen 
doen, om vervolgens langzaam in het lichaam te verdwijnen", verklaart Meysman. 
"Misschien hebben we binnen enkele jaren wel medische implantaten of 
smartphones die uitgerust zijn met minuscule geleidende draden van onze 
kabelbacteriën."



Meer informatie over het onderzoek is terug te vinden op:

www.uantwerpen.be/kabelbacterie<http://www.uantwerpen.be/kabelbacterie>
www.microbial-electricity.eu<http://www.microbial-electricity.eu>

De projectsite bevat ook een beschrijving voor het brede publiek en 
niet-deskundigen. Een uitvergroot model van een kabelbacterie (7 meter lang!) 
is momenteel te bezichtigen in de inkomhal van Technopolis. 
(https://www.technopolis.be/nl/bezoekers/<https://www.technopolis.be/en/visitors/>)

Video: https://www.youtube.com/watch?v=BVBDvH6RgPU
Foto's (high-res) zijn op aanvraag beschikbaar.

Dit onderzoek is gepubliceerd in het gezaghebbende wetenschappelijke 
tijdschrift Nature Communications:
Filip J. R. Meysman, Rob Cornelissen, Stanislav Trashin, Robin Bonné, Silvia 
Hidalgo Martinez, Jasper van der Veen, Carsten J. Blom, Cheryl Karman, Ji-Ling 
Hou, Raghavendran Thiruvallur Eachambadi, Jeanine S. Geelhoed, Karolien De 
Wael, Hubertus J. E. Beaumont, Bart Cleuren, Roland Valcke, Herre S. J. van der 
Zant, Henricus T.S. Boschker, Jean V. Manca. A highly conductive fibre network 
enables centimetre-scale electron transport in multicellular cable bacteria

DOI: 10.1038/s41467-019-12115-7
Open access: http://www.nature.com/ncomms

Het multidisciplinaire onderzoeksteam bestaat uit wetenschappers verbonden aan:

  *   het Departement Biologie, UAntwerpen, België (teamleider: prof. Filip 
Meysman)
  *   de Departementen Fysica en Biologie, UHasselt, Diepenbeek, België 
(teamleider: prof. Jean Manca)
  *   het Departement Chemie, UAntwerpen, België (teamleider: prof. Karolien De 
Wael)
  *   de Departementen Biotechnology, Bionanoscience en Quantum Nanoscience, TU 
Delft, Nederland (teamleider: prof. Herre van der Zant)
Het onderzoek werd uitgevoerd met de steun van het Vlaamse Fonds 
Wetenschappelijk Onderzoek (FWO), de Nederlandse Organisatie voor 
Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en de Europese Onderzoeksraad (ERC).

Contactgegevens

Verantwoordelijke wetenschapper:
Prof. dr. ir. Filip Meysman, +32 (0) 494 06 43 27
filip.meysman@xxxxxxxxxxxxx<mailto:filip.meysman@xxxxxxxxxxxxx>, 
F.J.R.Meysman@xxxxxxxxxx<mailto:F.J.R.Meysman@xxxxxxxxxx>

Contactpersoon UAntwerpen:
Peter De Meyer, Communication Officer, +32 (0) 3 265 47 11, +32 (0)476 20 07 54
peter.demeyer@xxxxxxxxxxxxx<mailto:peter.demeyer@xxxxxxxxxxxxx>

Contactpersoon TU Delft:
Jerwin de Graaf, Communication Officer, Faculteit Toegepaste Wetenschappen, +31 
(0)15 278 18 43, +31 (0)6 42 71 72 27, 
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>

Contactpersoon UHasselt:
Koen Santermans, Directeur Communicatie & Marketing van UHasselt, +32 (0) 11 
268 009<tel:+3211268009>, 
koen.santermans@xxxxxxxxxxx<mailto:koen.santermans@xxxxxxxxxxx>

JPEG image

JPEG image

JPEG image

JPEG image

Other related posts:

  • » [PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Kabelbacteriën: levende stroomkabels met ongekende geleidbaarheid - Jerwin de Graaf